10. Растворы

10.1. Способы выражения концентрации растворов

Растворами называют термодинамически устойчивые однородные системы, состоящие из двух и более компонентов (растворенных веществ и растворителя). Растворенные вещества – это компоненты раствора, которые меняют свое агрегатное состояние при его образовании. Растворитель – вещество, не изменяющее своего агрегатного состояния при образовании раствора.

Наиболее широкое распространение получили водные растворы, растворителем в которых является вода.

Важнейшей характеристикой растворов является их концентрация – масса или количество вещества, содержащиеся в определенной массе или объеме раствора или растворителя.

Массовая доля вещества – масса вещества (в г), содержащаяся в 100 г раствора:

(10.1)

Моляльная концентрация – количество моль вещества , содержащееся в одном килограмме (или в 1000 г) растворителя:

.

(10.2)

Молярная концентрация – количество моль вещества , содержащееся в одном дм³ (или в 1000 см³) растворителя:

(10.3)

Молярная концентрация количества эквивалента (нормальность или эквивалентная концентрация) – количество моль эквивалента вещества Х, содержащееся в одном дм³ (или в 1000 см³) растворителя:

(10.4)

где – количество моль эквивалента вещества (в моль-экв) и его эквивалентная масса (г/моль) соответственно.

Примечание. Число называют эквивалентным числом или числом эквивалентности – . Значение определяют по химической реакции, в которой участвует данное вещество. Так, в частности, для для веществ, участвующих в ОВ-реакциях, эквивалентное число для восстановителя равно числу электронов, которое он отдает, а для окислителя – числу электронов, которое он принимает. Например, для аниона в зависимости от характера реакции может быть равно 5, 3, 1, например:

Следовательно, в этих реакциях эквивалент окислителя соответственно равен 1/5, 1/3 и 1 моль.

Необходимо всегда помнить, что значение эквивалента любого вещества не превышает единицы, т. е. .

Определение эквивалентных чисел неодинаково для обменных и ОВ-реакций.

В обменных реакциях эквивалентное число определяют по стехиометрии реакции. Если для реакции вида

на один моль вещества требуется моль вещества , то .

Мольная доля – отношение количества моль вещества к общему числу моль всех веществ , составляющих раствор:

(10.5)

Титр раствора вещества – масса вещества (в г), содержащаяся в одном см³ раствора:

.

(10.6)

Титр раствора вещества по определяемому веществу – масса вещества (в г), соответствующая одному см³ стандартного раствора вещества :

.

(10.7)

Весьма важным параметром растворов является их плотность – отношение массы раствора (в кг) к объёму этого раствора:

(10.8)

Примечание. В химии чаще применяют размерность плотности растворов в г/см³.

Для проведения расчетов полезно знать формулу (9), связывающую количество моль эквивалента вещества Х с различными видами концентраций его растворов.

(10.9)

При приготовлении растворов с различной массовой долей весьма полезным является так называемое правило смешения (или правило «креста»).

Схема «креста» имеет вид:

где – массовые доли исходных растворов;

– массы исходных растворов (в г) после смешения которых будет получен раствор с массовой долей .

Пример 1. В мерную колбу вместимостью 200,0 см³ внесли 22,4 г безводного карбоната натрия, добавили примерно 100 – 120 см³ воды и, после полного растворения соли, довели объём раствора водой до метки. Рассчитать для полученного раствора: массовую долю (%), титр, молярную, молярную эквивалента и моляльную концентрации (плотность полученного раствора г/см³). При проведении расчётов принять плотность воды равной 1,0000 г/см³.

Решение